350MW機(jī)組工業(yè)供汽輔助調(diào)頻優(yōu)化策略

趙一平

（晉控電力蒲洲熱電山西有限公司，山西 永濟(jì) 045200）

蒲洲熱電有限公司（以下簡(jiǎn)稱“蒲洲熱電”）裝機(jī)容量為2×350MW超臨界直接空冷抽汽式機(jī)組。隨著永濟(jì)市企業(yè)增加，工業(yè)用汽用戶的用汽需求不斷增加，為了開(kāi)拓工業(yè)供熱市場(chǎng)，蒲洲熱電對(duì)工業(yè)供熱系統(tǒng)進(jìn)行了改造。

#3、#4機(jī)組經(jīng)過(guò)工業(yè)供汽系統(tǒng)的改造后，需要更大的抽汽量供工業(yè)用戶使用，現(xiàn)結(jié)合電廠實(shí)際運(yùn)行情況，對(duì)工業(yè)供汽減壓閥調(diào)整門控制邏輯進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化，控制汽輪機(jī)工業(yè)供汽抽汽量實(shí)現(xiàn)機(jī)組快速調(diào)頻，作為機(jī)組調(diào)頻能力的補(bǔ)充手段，以提高機(jī)組適應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷變化能力，為機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了保障[1]。

1 工業(yè)供汽系統(tǒng)

每臺(tái)機(jī)組設(shè)計(jì)兩根工業(yè)抽汽管道，一根從一段抽汽引出，一根從高溫再熱蒸汽引出，分別接入各自的減溫減壓器，再與其它機(jī)組的蒸汽合并后，接至高低壓聯(lián)箱。一段抽汽經(jīng)過(guò)減溫減壓生成1.5MPa.g的蒸汽后，供至高壓聯(lián)箱。高溫再熱蒸汽經(jīng)過(guò)減溫減壓生成1.2MPa.g的蒸汽后，供至低壓聯(lián)箱。高、低壓聯(lián)箱之間設(shè)置聯(lián)絡(luò)管，作為相互補(bǔ)充（見(jiàn)圖1）。

圖1 工業(yè)供汽系統(tǒng)圖Fig.1 Industrial steam supply system diagram

2 工業(yè)供汽系統(tǒng)參與調(diào)頻方案設(shè)計(jì)

雙細(xì)則自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）考核指標(biāo)分為AGC可用率和AGC性能考核兩部分，其中AGC性能考核指標(biāo)包括調(diào)節(jié)速率（K1）、調(diào)節(jié)精度（K2）、響應(yīng)時(shí)間（K3）[2]。2018年#4機(jī)組經(jīng)過(guò)AGC優(yōu)化后，調(diào)節(jié)性能指標(biāo)Kp已達(dá)3.5以上。為進(jìn)一步提高機(jī)組的競(jìng)爭(zhēng)能力，通過(guò)工業(yè)供汽系統(tǒng)參與調(diào)頻，利用機(jī)組熱網(wǎng)具有的蓄熱能量，當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷需求變化時(shí)，利用前饋調(diào)節(jié)，快速關(guān)小或開(kāi)大工業(yè)供汽減壓閥調(diào)門，用減少或增加工業(yè)供汽抽汽量方式來(lái)快速響應(yīng)負(fù)荷變化需求，提高響應(yīng)時(shí)間K3值，從而使性能指標(biāo)Kp得以提高。同時(shí)，由于工業(yè)供汽管網(wǎng)的蓄熱作用，關(guān)小或開(kāi)大工業(yè)供汽調(diào)壓閥門短時(shí)間內(nèi)對(duì)整個(gè)工業(yè)供汽系統(tǒng)的壓力和溫度的影響不大，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的工業(yè)供汽系統(tǒng)蒸汽參數(shù)在許可的變化范圍內(nèi)，進(jìn)行工業(yè)抽汽參與調(diào)頻。

雖然工業(yè)供汽管網(wǎng)儲(chǔ)能有負(fù)荷調(diào)節(jié)速度快的優(yōu)點(diǎn)，但其容量有限，與鍋爐儲(chǔ)能相同，最終仍需要鍋爐燃料輸入能量來(lái)及時(shí)補(bǔ)償。因此，利用工業(yè)供汽管網(wǎng)儲(chǔ)能快速增減負(fù)荷的方案，必須在不同角度上對(duì)輸入輸出能量進(jìn)行時(shí)序上的補(bǔ)償和配合。快速增減負(fù)荷響應(yīng)方面，借助前饋控制，將加減負(fù)荷指令分別作為燃料、給水和工業(yè)供汽調(diào)門的前饋，形成多維前饋補(bǔ)償方案。

3 供熱調(diào)門控制邏輯設(shè)計(jì)思路

圖2 工業(yè)供汽調(diào)門控制框圖Fig.2 Control block diagram of industrial steam supply valve

現(xiàn)階段工業(yè)用汽用戶使用低壓蒸汽，流量在30T/H～60T/H之間，使用熱再蒸汽通過(guò)減溫減壓后供至低壓聯(lián)箱。高低壓聯(lián)箱通過(guò)聯(lián)絡(luò)母管連接，聯(lián)絡(luò)母管閥門全開(kāi)（單機(jī)熱再供熱流量50%負(fù)荷40T/H、70%負(fù)荷60T/H、90%負(fù)荷80T/H，一抽供熱流量50%負(fù)荷30T/H、70%負(fù)荷40T/H、90%負(fù)荷45T/H）。

單機(jī)工業(yè)供汽流量擬大于30T/H，便于減溫水的調(diào)節(jié)，在工業(yè)供汽調(diào)門控制上達(dá)到快切快回的控制效果。

根據(jù)工業(yè)供汽系統(tǒng)參與調(diào)頻方案預(yù)想，采用多—維前饋控制，即利用前饋控制把工業(yè)供汽減壓閥調(diào)門快速、準(zhǔn)確地關(guān)至（或開(kāi)至）預(yù)設(shè)定位置，從而快速增加（或減少）機(jī)組負(fù)荷；再通過(guò)函數(shù)，把負(fù)荷指令分解，增加燃料量、給水量、汽機(jī)調(diào)閥開(kāi)度，達(dá)到AGC的控制要求。

壓力PID控制器的控制參數(shù)根據(jù)實(shí)際壓力、偏差、壓力偏離設(shè)定值后的累計(jì)時(shí)間等參數(shù)，折算出PID禁增或禁降信號(hào)，防止PID和前饋的作用過(guò)分沖突，或者折算出PID的設(shè)定參數(shù)，以變參數(shù)結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)前饋和反饋的動(dòng)作[3]。

減壓閥設(shè)計(jì)前饋速率限制器，當(dāng)負(fù)荷響應(yīng)足夠強(qiáng)時(shí)，將前饋動(dòng)作限速或停止；否則，影響AGC的精度指標(biāo)。

根據(jù)供熱壓力和溫度參數(shù)，設(shè)計(jì)對(duì)減壓閥的限制參數(shù)，作為減壓閥動(dòng)作的允許調(diào)節(jié)（可以直接作用在速率限制器上）。

將速率限制后的減壓閥前饋指令，折算一個(gè)鍋爐指令前饋分量，可以再加個(gè)速率，但要分增減兩路。增回路，增速率低但減速率快；減回路，減速率低但增速率快。

在AGC投入時(shí)，根據(jù)ADS指令變化趨勢(shì)判斷負(fù)荷增減，根據(jù)負(fù)荷指令及當(dāng)前閥位計(jì)算變負(fù)荷時(shí)閥門開(kāi)關(guān)幅度。當(dāng)變負(fù)荷時(shí)，閥門快速開(kāi)或關(guān)到預(yù)設(shè)值，延時(shí)30s～60s恢復(fù)至動(dòng)作前閥位，調(diào)節(jié)過(guò)程中，若聯(lián)箱壓力變化超過(guò)設(shè)定值時(shí)（降低0.15MPa或升高0.1MPa），閥門恢復(fù)至動(dòng)作前閥位，同時(shí)在閥門參與負(fù)荷調(diào)節(jié)中，PID調(diào)節(jié)器閉鎖增減保持調(diào)節(jié)前的輸出值、閉鎖減壓閥后壓力偏差大切手動(dòng)條件，使變負(fù)荷調(diào)節(jié)結(jié)束后自動(dòng)正常投入，同時(shí)一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)，保持調(diào)門前饋計(jì)算回路輸出為零[4]。

表2 試驗(yàn)負(fù)荷230MW，閥門開(kāi)度58.5%，做閥門開(kāi)10%、20%、30%試驗(yàn)Table 2 The test load is 230MW, the valve opening is 58.5%, and the valve opening is 10%, 20% and 30%

表3 試驗(yàn)負(fù)荷290MW，閥門開(kāi)度56.5%，做閥門關(guān)10%、20%、30%試驗(yàn)Table 3 The test load is 290MW, the valve opening is 56.5%, and the valve is closed by 10%, 20% and 30%

工業(yè)供汽控制系統(tǒng)DCS控制柜布置在公用系統(tǒng)，與#3、#4機(jī)組之間的信號(hào)傳輸需采用硬接線方式，需在公用DCS系統(tǒng)、單元機(jī)組DCS系統(tǒng)增加部分硬件，聯(lián)系信號(hào)如下：①ADS指令；②機(jī)組實(shí)際負(fù)荷指令；③機(jī)組實(shí)際負(fù)荷；④AGC已投入；⑤一次調(diào)頻動(dòng)作；⑥CCS增減負(fù)荷煤量前饋。

4 熱再至工業(yè)抽汽輔助調(diào)頻負(fù)荷試驗(yàn)

#4機(jī)接帶工業(yè)供汽，使用低壓汽源，3月12日分別做230MW、290MW負(fù)荷下的熱再至工業(yè)供汽減壓閥調(diào)門開(kāi)、關(guān)10%、20%、30%對(duì)機(jī)組負(fù)荷影響試驗(yàn)。

20%、30%試驗(yàn)因聯(lián)箱壓力變化超過(guò)試驗(yàn)方案規(guī)定壓力，在壓力超限時(shí)閥門恢復(fù)到初始位置。

試驗(yàn)結(jié)果分析：

如表1～表4所示，在230MW負(fù)荷、流量在40t/h左右，聯(lián)箱壓力在1MPa左右，熱再至工業(yè)供汽調(diào)門從65%關(guān)20%～30%時(shí)，在30s內(nèi)供汽流量減少約30t/h左右，增加負(fù)荷約3MW。

表1 試驗(yàn)負(fù)荷230MW，閥門開(kāi)度61.5%，做閥門關(guān)10%、20%、30%試驗(yàn)Table 1 The test load is 230MW, the valve opening is 61.5%, and the valve is closed by 10%, 20% and 30%

表4 試驗(yàn)負(fù)荷290MW，閥門開(kāi)度60%，做閥門開(kāi)10%、20%、30%試驗(yàn)Table 4 The test load is 290MW, the valve opening is 60%, and the valve opening is 10%, 20% and 30%

在230MW負(fù)荷、流量在30t/h左右，聯(lián)箱壓力在0.85MPa左右，熱再至工業(yè)供汽調(diào)門從60%開(kāi)20%～30%時(shí)，在30s內(nèi)供汽流量增加約20t/h左右，增加負(fù)荷約2MW。

在290MW負(fù)荷、流量在40t/h左右，聯(lián)箱壓力在1MPa左右，熱再至工業(yè)供汽調(diào)門從60%關(guān)20%～30%時(shí)，在30s內(nèi)供汽流量減少約26t/h左右，增加負(fù)荷約4MW。

在290MW負(fù)荷、流量在40t/h左右，聯(lián)箱壓力在0.9MPa左右、熱再至工業(yè)供汽調(diào)門從60%開(kāi)20%～30%時(shí)，在30s內(nèi)供汽流量增加約30t/h左右，增加負(fù)荷約4MW。

由于熱再至工業(yè)供汽調(diào)門后有減溫水調(diào)節(jié)閥，能根據(jù)出口溫度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，因而工業(yè)供汽擾動(dòng)過(guò)程中聯(lián)箱溫度基本維持不變。低負(fù)荷閥門升降、高負(fù)荷閥門下降試驗(yàn)中工業(yè)供汽流量快速變化時(shí)，聯(lián)箱壓力變化較小，30s聯(lián)箱壓力最大變化0.084MPa。高負(fù)荷閥門上升試驗(yàn)工業(yè)供汽流量快速變化時(shí)，聯(lián)箱壓力變化較大，15s內(nèi)聯(lián)箱壓力變化達(dá)試驗(yàn)允許變化上限0.1MPa。

機(jī)組滑壓運(yùn)行，在不同的負(fù)荷、主汽、再熱汽壓力不同[5]，相同工業(yè)供汽調(diào)門擾動(dòng)下，調(diào)頻能力差別較大。隨主汽、再熱汽壓力升高，高負(fù)荷段調(diào)頻能力增加。實(shí)際應(yīng)用中要根據(jù)不同的負(fù)荷段、工業(yè)供汽調(diào)門實(shí)際開(kāi)度、供汽流量、聯(lián)箱壓力等進(jìn)行綜合計(jì)算參與負(fù)荷調(diào)節(jié)前饋量，在保證工業(yè)供汽系統(tǒng)正常運(yùn)行的情況下，使工業(yè)供汽調(diào)門快速參與負(fù)荷調(diào)節(jié)，提高機(jī)組對(duì)負(fù)荷的響應(yīng)速度，提升K3值，進(jìn)而提高AGC調(diào)節(jié)性能指標(biāo)，以獲得較高的收益。

5 小結(jié)

對(duì)于工業(yè)供汽改造完成的超臨界機(jī)組，結(jié)合機(jī)組特點(diǎn)對(duì)工業(yè)抽汽蓄能進(jìn)行試驗(yàn)和分析，總結(jié)出一套較完整的方案，以實(shí)現(xiàn)工業(yè)抽汽輔助調(diào)頻，提高機(jī)組對(duì)負(fù)荷的適應(yīng)能力。